JP2007035330A

JP2007035330A - 有機発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2007035330A
Application number: JP2005213384A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kurata; 昇倉田
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】有機ＥＬ発光層で発光した光を効率よく透明電極より取り出す有機発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁性表面を有する基板上に第一電極と、有機ＥＬ発光層と第二電極とを積層してなる有機発光素子の製造方法において、第一電極間に反射材が位置するように絶縁性基板上に所定パターンの第一電極と所定パターンの反射材を設け、絶縁性基板上の反射材にレーザー加工を施して、反射材を山脈状の反射材構造物とすることを特徴とする有機発光素子の製造方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、有機発光素子の製造方法に関する。

１９８７年にイーストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇにより２層積層構成のデバイスで高い効率の有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という。）が発表（例えば非特許文献１参照。）されて以来、現在に至る間に様々な有機ＥＬ素子が開発されて、一部実用化され始めている。

ディスプレイとしては、同一の基板に複数の素子を二次元的に配置している場合が一般的であり、バックライトの構造としては、第一電極、発光層、第二電極を順次積層するのが一般的である。

有機ＥＬ素子としては、基板側から光を取り出す、いわゆる「ボトムエミッション」型の素子が広く知られている。一般的なボトムエミッション型有機ＥＬ素子の模式的な構造を図１に示す。この有機ＥＬ素子は、図１に示すように金属からなる陰極１と、透明基板上の透明電極からなる陽極７と、両電極に挟持される有機ＥＬ発光層から構成される。有機ＥＬ発光層は少なくとも有機発光層４を含み、必要に応じて電子注入層２、電子輸送層３、正孔輸送層５、正孔注入層６を含むことができる。

また、アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイの開発が盛んに行われている。ボトムエミッション方有機ＥＬ素子をアクティブマトリックス駆動方式の有機ＥＬディスプレイに適用する場合、スイッチング素子として基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設ける必要があり、基板上に設けられるＴＦＴの数の増加に伴って、基板上に占めるＴＦＴの面積が増大し、光の取り出し面積が減少してしまう。

従って、そのような状況下では、有機ＥＬディスプレイに適用される素子は、光を基板側から取り出すボトムエミッション型の素子よりも光を基板の反対側（上部電極側）から取り出す、図２に示すような「トップエミッション」型の素子が適しており、このようなトップエミッション型の素子も開発されている。

いずれの方法においても有機ＥＬ発光層で生じた光は全て透明電極から取り出されるわけではない。現在使用されている透明電極の屈折率（ｎ１）はその外部の屈折率（ｎ０）に比べて大きい（ｎ１＞ｎ０）ため、図３に示すように、一部の光は出射するときに全反射により透明電極の横方向（透明電極面と平行な方向）に伝播してしまう。そのため、この光を有効に取り出すことは消費電力および素子寿命に対して非常に重要である。

この横方向の光を透明電極より取り出す方法として有機ＥＬ素子の周りに断面が台形状の反射外壁を設ける方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、トップエミッション型の素子で、横方向の光を取り出すため、斜面を設ける提案もある（例えば、特許文献２参照。）。
また、ボトムエミッション型の素子で、有機ＥＬ発光層が有機ＥＬ発光層側に突出する隔壁により画素に区画されるとともに、隔壁が有機ＥＬ発光層からの光を反射させる反射膜を有する素子の提案もある（例えば、特許文献３参照。）。
また、光透過性基板に各画素から隣接する画素への光の侵入を阻止する反射手段を備える発光素子の提案もある（例えば、特許文献４参照。）。

特開２００３−７７６４９号公報特開２００４−６３２７号公報特開２００３−３１３５５号公報特開２００３−４５６４３号公報 C.W.Tang, S.A.VanSlyke, Appl. Phys. Lett., 51, 13(1987)

しかし、特許文献１の提案では、有機ＥＬ発光層を形成後に有機ＥＬ発光層を覆う透明体の形状形成のためにフォトプロセスを採用しているので素子の信頼性に問題が生じる。また、特許文献２の提案では電極が凹状になっているため、斜面部において有機膜と透明電極が薄くなり、電極間での短絡が生じやすくなる。また、反射面形成のためのフォトプロセスが複数に及ぶなどの問題もある。

また、特許文献３の提案では、発光層内の横伝播を防止し、基板面に垂直方向に光を取り出すため、画素間に反射膜を設けている。しかし、高精細になり画素間が狭まると、その画素間は８０μｍ以下になりそこに反射膜を設けるのは難しい。実施例では画素幅が１００μｍであるのに対して反射膜と画素端との距離が５０μｍであり画素間隔は１００μｍ以上になっており、実現の可能性は低い。また、特許文献４の提案では、透明支持基板の横方向への伝播を防止するため、周囲を金属で覆った四面の反射板で画素から発した光を囲い、その光を散乱させることで取り出し効率を向上ねらっている。しかし、高精彩になり、画素間隔が８０μｍ以下になると幅８０μｍ、高さ４８０μｍもの反射構造物の形成は難しい。さらに第一透過性基板と第二透過性基板の間の拡散層により画素間が光り、クロストークの原因になり好ましくないなどの問題もある。

本発明は、有機ＥＬ発光層で発光した光を効率よく透明電極より取り出す有機発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の有機発光素子の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に第一電極と、有機ＥＬ発光層と第二電極とを積層してなる有機発光素子の製造方法において、第一電極間に反射材が位置するように絶縁性基板上に所定パターンの第一電極と所定パターンの反射材を設け、絶縁性基板上の反射材にレーザー加工を施して、反射材を山脈状の反射材構造物とすることを特徴とする。

本発明によれば、透明電極界面で全反射した光を反射して透明電極から取り出すための反射材構造物を、レーザー加工により行うので、清浄な大気環境下で形成できるため素子の信頼性を高く維持でき、また、形状の制御も容易である。また、レーザー加工時のレーザー出力を調整することでアブレーションのない加工が可能であり、反射材が爆発飛散することもない。また、レーザーの出力、レーザーまたは基板の移動速度の調節で傾斜角など反射構造物の形状を変えることができるので信頼性も高く、安価で、制御性も高い。

本発明の有機発光素子の製造方法において、用いられる絶縁性表面を有する基板としては、通常、有機ＥＬ素子製造に用いられるこの種の基板であればどのようなものも用いることができる。

本発明においては、基板上に第一電極を例えばスパッタにより製膜し、フォトリソグラフィを用いてパターニングを行う。第一電極にはアルミニウム、銀、クロム、ニッケル、金あるいはこれらの合金などの高反射率の金属を用いることが好ましい。

さらに第一電極の間に反射材をフォトリソグラフィによりパターニングする。反射材としては高反射率の金属を用いることが好ましく、アルミニウム、銀、クロム、ニッケル、金およびこれらの１種以上を含む合金を好ましい材料として例示することができる。第一電極と反射材が同一の材料である場合は、第一電極と反射材とを同時にフォトリソグラフィにより形成することも可能である。

この反射材の膜厚ｄは有機ＥＬ発光層と第一電極の膜厚の合計（Ｌ）により決められ、ｄ＞Ｌであることが望ましい。

こうして形成された第一電極と反射材を設けた基板を好ましくは洗浄、乾燥した後、反射材に対してレーザー加工を施して、反射材を山脈状の反射材構造物とする。このレーザー処理は、反射材の幅中央部に所定のスポット径でレーザーを照射することにより行われる。この山脈状の反射材構造物とは、あたかも峰がつながったように形成された、両側に斜面を有する突起物の連続体をいう。

この山脈状の反射材構造物の断面模式図を図７に示すが、この反射材構造物は反射材の幅中央部へのレーザー照射により形成されるので幅中央部の反射材が両脇に押しやられるので中央部がへこみ、両脇に突起が形成される。

反射材がアルミニウムからなる場合、レーザーとしてはＹＡＧレーザーの第二高調波（５３２ｎｍ）を用いて１〜１０００ｍＷ、望ましくは２００ｍＷ以下で、スポット径を１〜２０μｍでレーザー加工を行うのが好ましい。雰囲気は室温、大気中で行うことができる。レーザー加工にあたっては基板またはレーザーを並進運動させて反射材を山脈状の反射材構造物とする。

図６にレーザー加工の出力を種々に変化させてレーザー出力とレーザー加工により形成された山脈状の反射材構造物の高さの関係を調べた例を示す。レーザー出力があまりに大きいとアブレーションが生ずるので好ましくない。図６の例では、出力３００ｍＷ以上の場合はアブレーションが生じて形状の制御がしにくくなっている。また、山脈の高さは発光膜の膜厚乃至構造によって適宜選択される。

また、アルミニウムからなる反射材に、上述のようにして異なる出力のレーザーを照射したときにできる山脈状構造物の高さ、頂点間距離、山脈状構造物の幅、傾斜角（図７参照。）を表１に示す。表１はスポット径を５μｍにしたときの値である。

表１から明らかなように、出力が高くなるにつれて高さは高くなり、頂点間距離、幅は広がり、傾斜角も大きくなっている。レーザーの出力、スポット径、反射材の材質等により変化するが、この高さは１５０〜３２０ｎｍ、好ましくは１６０〜２５０ｎｍ、頂点間距離は４５００〜４８００ｎｍ、好ましくは４５００〜４６５０ｎｍ、幅は４９００〜５１００ｎｍ、好ましくは４９５０〜５０００ｎｍ、傾斜角は４５〜６０度、好ましくは４７〜５５度である。このような高さ、傾斜角にすることにより、透明電極の側面から逃げる光を反射構造物で阻止して透明電極面より取り出すことができるようになる。

なお、レーザーはＹＡＧレーザーの第二高調波に限定されるものではなく、基調波、第三、第四高調波も用いることができ、Ａｒレーザー、ＫｒＦレーザーなどのエキシマレーザーも使用可能であり、出力、スポット径も前記条件に限定されるものではなく、反射材の種類、形成する山の高さ等に応じてレーザー種類、条件を適宜選択すればよい。

次いで、第一電極と反射材構造物が形成された基板上にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィにより、図５に示すように第一電極上に開口部を作り、さらにこの後工程で形成される第二電極同士を分離するための隔壁をレジストにより形成する。

この基板を精密洗浄し、乾燥した後、この基板上に有機ＥＬ発光層を形成する。
有機ＥＬ発光層は、有機発光層を少なくとも含み、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および／または電子注入層を含有する。
すなわち、有機ＥＬ発光層は（Ａ）有機発光層のみからなってもよく、また、第一電極側から、
（Ｂ）正孔注入層／有機発光層
（Ｃ）有機発光層／電子輸送層
（Ｄ）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層
（Ｅ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
（Ｆ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
の構成となっていてもよい。図１は（Ｆ）の例を示すボトムエミッション型有機発光素子の概念図である。

有機ＥＬ発光層の各層の材料は、公知のものが使用できる。青色から青緑色の発光を得るためには、有機発光層中に、例えばベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、べンゾオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などが好ましく使用される。電子注入層としては、例えば、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、またはこれらのフッ化物等からなる電子注入性の金属、その他の金属との合金や化合物などの材料を用いることができる。また、電子輸送層としては、アルミキノリン錯体などの金属錯体とオキサジアゾール、トリアゾール系化合物等を用いることができる。また、正孔注入層としては、芳香族アミン化合物、スターバースト型アミンや、ベンジジン型アミンの多量体および銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などを用いることができる。正孔輸送層としては、スターバースト型アミン、芳香族ジアミンなどを用いることができる。その他、第一電極、有機発光層および第二電極の膜厚などの諸条件は従来の通りである。

有機ＥＬ発光層は前述の種々の形態のうち採用した構成に応じて、抵抗加熱蒸着装置などを用いて、真空を破らずに各層を順次製膜すればよい。

次に、有機ＥＬ発光層の上に第二電極を製膜する。第２電極はラインパターン状に互いに電気的に分離された複数の導電層からなる。この第２電極はＩＴＯ（インジウム−酸化錫）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、ＡＴＯ等の透明電極を用いることができ、特に、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いることとすれば、室温成膜により比較的低抵抗の膜が得られ、かつ、弱酸（例えば蓚酸）によるパターニングが可能となるので好ましい。
透明電極の製膜にはスパッタリング、イオンプレーティング、化学蒸着法などが用いられる。

（実施例１）
本実施例では、モノクロのトップエミッションパッシブマトリックス素子の例を示す。

スパッタリングにより、ガラス基板上に厚み２００ｎｍのＮｉＰ膜を形成した。このＮｉＰ膜に対してフォトリソグラフィによりパターニングを行い、ライン幅８０μｍ、ライン間の間隔４０μｍのラインパターンからなる第一電極を形成した。

次にスパッタリングで膜厚２５０ｎｍのアルミニウム膜を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、第一電極のライン間にライン幅１５μｍのアルミニウムからなる反射材のラインパターンを形成した。ＮｉＰは酸化性の酸には弱いが塩酸、硫酸など還元性の酸には耐食性があるため、塩酸や硫酸をベースとするエッチャントを用いてアルミニウムのパターンエッチングを行えば、ＮｉＰ膜を傷めずに、パターニングを行うことができる。

第一電極と反射材膜を形成した基板を洗浄、乾燥した後に、反射材にレーザー加工を施した。レーザーとしてＹＡＧレーザーの第二高調波（５３２ｎｍ）を用い、１５０ｍＷ、スポット径を５μｍとし、室温、大気中で照射し、２０ｍｍ／ｓでスキャンさせて基板表面からの高さ２００ｎｍ（宜しいですか？）の山脈状の反射構造物を形成した。

次いで、第一電極の各ライン間の短絡防止のため、第一電極上の画素にあたる部分のみ開口露出するように、フォトリソグラフィで絶縁膜を形成した。すなわち、ノボラック樹脂のフォトレジスト(JEM-700R2、ＪＳＲ社製)を塗布し、露光、現像、ポストベークを行った。ポストベークは１５０℃、３０分で行った。第一電極上の開口部は幅３０μｍ、長さ１００μｍ、開口部間の間隔３０μｍとした。レジストの膜厚は０．５μｍとした。

次いで、第二電極のラインパターンを分離する隔壁をフォトリソグラフィにより設けた。すなわち、レジスト（ＺＰＮ１１６８；日本ゼオン製）をスピンコート法にて塗布し、プリベークを行った後に所定のフォトマスクを用いて露光を行った。この後、ホットプレートを用いて１１０℃でＰ．Ｅ．Ｂ．を６０秒間行い、現像（現像液：ＮＭＤ−３、東京応化工業製）を行ってレジストを除去し、１８０℃で１時間ポストベークを行って、第一電極のラインと直角方向に延在する隔壁を設けた。隔壁の膜厚３μｍ、隔壁頂部の幅は１５μｍ、底部の幅は１２μｍとした。

この基板を精密洗浄し、１５０℃で乾燥後、蒸着装置に設置した。蒸着装置に付属している酸素プラズマ装置により、この基板を１００Ｗの出力でＡｒ／Ｏ_２＝１：１のプラズマで５分間洗浄後、蒸着法により有機ＥＬ発光層を形成した。すなわち、α−ＮＰＤを０．５ｎｍ／ｓで４０ｎｍ堆積させ、その後、Ａｉｑを０．５ｎｍ/ｓで６０ｎｍ積層した。蒸着時の圧力は５×１０^-５Ｐａとし、室温で製膜した。さらにこの素子を別チャンバ内に移動させ、ＭｇＡｇ(Ｍｇ：Ａｇ＝９：１)を５ｎｍ堆積させた。

その後、この素子をスパッタ室に移動させ、隔壁間に透明電極ＩＺＯを対向型ターゲットスパッタ法により、ＤＣ１００Ｗ、２０ｎｍ／分で１００ｎｍの厚みに形成した。

こうして作製したトップエミッション型発光素子をグローブボックス内に移動させ、深さ０．５ｍｍのざぐりを入れた封止用ガラス基板と貼り合わせて封止した。このときのグローブボックス中の環境は酸素、水分とも１ｐｐｍ以下に保った。

以上のようにして作製した素子につき電流−電圧−正面輝度の測定から電流効率(ｃｄ/Ａ)を算出した。その結果を表２に示す。

（比較例１）
反射材膜を形成しなかった以外は実施例１と同様にして反射構造物のないトップエミッションパッシブマトリックス素子を作製し、評価した。その結果を表２に示す。

表２から、反射構造物のない比較例１よりも、反射構造物を設けた実施例１の方が正面輝度が大きく、電流効率のよい有機発光素子が得られることがわかる。

本発明によれば透明電極の側面から逃げる光を反射構造物で阻止して透明電極面より取り出すことができるので正面輝度の大きい有機発光素子を得ることができ、しかも発行層形成前に反射構造物をレーザー加工で形成できるので有機発光素子の信頼性も高く、電流効率の高い発光素子の製造方法として有用である。

ボトムエミッション型有機発光素子を示す模式図アクティブマトリックス駆動及びパッシブマトリックス駆動トップエミッション形有機発光素子を示す概念図透明電極界面反射を示す概念図本発明の有機発光素子を示す概念図絶縁膜の開口部を示す模式図レーザー出力と形成された山脈状の反射材構造物の高さの関係を示す図山脈状の反射材構造物の断面模式図

符号の説明

１陰極
２電子注入層
３電子輸送層
４有機発光層
５正孔輸送層
６正孔注入層
７透明電極
８透明基板

Claims

絶縁性表面を有する基板上に第一電極と、有機ＥＬ発光層と第二電極とを積層してなる有機発光素子の製造方法において、第一電極間に反射材が位置するように絶縁性基板上に所定パターンの第一電極と所定パターンの反射材を設け、絶縁性基板上の反射材にレーザー加工を施して、反射材を山脈状の反射材構造物とすることを特徴とする有機発光素子の製造方法。
反射材がアルミニウム、銀、クロム、ニッケル、金およびこれらの１種以上を含む合金から選ばれることを特徴とする請求項１記載の有機発光素子の製造方法。